2021-2022学年高二物理竞赛课件：霍尔效应的应用.pptx

霍尔效应的应用12 当电流沿垂直于外磁场方向流过导体时，在垂当电流沿垂直于外磁场方向流过导体时，在垂直于电流和磁场方向的导体两侧将出现电势差的直于电流和磁场方向的导体两侧将出现电势差的现象称为现象称为霍耳效应霍耳效应，相应的电势差称为，相应的电势差称为霍耳电势霍耳电势差差。由于出现霍耳电势差使导体中出现相应电场，由于出现霍耳电势差使导体中出现相应电场，称为称为霍耳电场霍耳电场。载流子向导体平板的一侧聚集使导体平板载流子向导体平板的一侧聚集使导体平板左、右两侧出现电势差。左、右两侧出现电势差。3I=jlh=nqvlh平衡时平衡时 fm=fH 载流子在霍耳电场中运载流子在霍耳电场中运动受到电场力作用动受到电场力作用 霍耳系数，霍耳系数，数值与载流子的数值与载流子的浓度和电量的乘积成反比。浓度和电量的乘积成反比。霍耳电势差霍耳电势差 4上式表示，霍耳电势差上式表示，霍耳电势差V V1 1-V V2 2与导体板上与导体板上的电流的电流I I 和磁感应强度和磁感应强度B B 的乘积成正比，的乘积成正比，与导体板的厚度与导体板的厚度h h 成反比，比例系数就是成反比，比例系数就是霍耳系数霍耳系数K Kh h。5测量磁感应强度；测量磁感应强度；*霍耳效应的应用霍耳效应的应用 半导体半导体载流子浓度很小，载流子浓度很小，霍耳效应十分明显，霍耳效应十分明显，是研究半导体中载流子是研究半导体中载流子(电子或空穴电子或空穴)随温度、杂随温度、杂质以及其它因素变化的重要手段。质以及其它因素变化的重要手段。测量载流子类型和浓度；测量载流子类型和浓度；等离子体的霍耳效应等离子体的霍耳效应是磁流体发电的理论依据。是磁流体发电的理论依据。6 磁流体发电技术，就是用燃料（石油、天磁流体发电技术，就是用燃料（石油、天然气、燃煤、核能等）直接加热成易于电离然气、燃煤、核能等）直接加热成易于电离的气体，使之在的气体，使之在2000的高温下电离成导电的高温下电离成导电的离子流，然后让其在磁场中高速流动时，的离子流，然后让其在磁场中高速流动时，切割磁力线，产生感应电动势，即由热能直切割磁力线，产生感应电动势，即由热能直接转换成电流，由于无需经过机械转换环节，接转换成电流，由于无需经过机械转换环节，所以称之为所以称之为直接发电直接发电，其燃料利用率得到，其燃料利用率得到显著提高，这种技术也称为显著提高，这种技术也称为等离子体发电等离子体发电技术技术。7 磁流体发电比一般的火力发电效率高得多，磁流体发电比一般的火力发电效率高得多，但在相当长一段时间内它的研制进展不快，但在相当长一段时间内它的研制进展不快，其原因在于伴随它的优点而产生了一大堆其原因在于伴随它的优点而产生了一大堆技术难题。磁流体发电机中，运行的是温技术难题。磁流体发电机中，运行的是温度在三、四千度的导电流体，它们是高温度在三、四千度的导电流体，它们是高温下电离的气体。为进行有效的电力生产，下电离的气体。为进行有效的电力生产，电离了的气体导电性能还不够，因此，还电离了的气体导电性能还不够，因此，还要在其中加入要在其中加入钾、铯等金属离子钾、铯等金属离子。8 当这种含有金属离子的气流，高速通过当这种含有金属离子的气流，高速通过强磁场中的发电通道，达到电极时，电极强磁场中的发电通道，达到电极时，电极也随之遭到腐蚀。也随之遭到腐蚀。电极的迅速腐蚀是磁流电极的迅速腐蚀是磁流体发电机面临的最大难题体发电机面临的最大难题。另外，磁流体。另外，磁流体发电机需要一个强大的磁场，人们都认为，发电机需要一个强大的磁场，人们都认为，真正用于生产规模的发电机必须使用真正用于生产规模的发电机必须使用超导超导磁体来产生高强度的磁场磁体来产生高强度的磁场，这当然也带来，这当然也带来技术和设备上的难题。技术和设备上的难题。10根据洛伦兹力提供向心力得根据洛伦兹力提供向心力得mv=eRBR 只要轨道上磁感应强度随电子动只要轨道上磁感应强度随电子动量成比例地增加，电子就能够在一量成比例地增加，电子就能够在一个固定的轨道上运行并被加速。个固定的轨道上运行并被加速。利用变化磁场中涡旋电场加速电子。利用变化磁场中涡旋电场加速电子。电子被加速后能量可达数百兆电子伏特电子被加速后能量可达数百兆电子伏特,高能高能电子束可直接用于核物理实验，也可用于轰击靶电子束可直接用于核物理实验，也可用于轰击靶以产生人工以产生人工 射线，还可以用来产生硬射线，还可以用来产生硬X射线，作射线，作无损探伤或癌症治疗之用。无损探伤或癌症治疗之用。12解解：长度为：长度为dx内的各匝内的各匝圆线圈的总效果，是一圆线圈的总效果，是一匝圆电流线圈的匝圆电流线圈的ndx倍。倍。求半径为求半径为R，总长度，总长度l，单，单位长度上的匝数为位长度上的匝数为n 的螺线的螺线管在其轴线上一点的磁场？管在其轴线上一点的磁场？选坐标如图示选坐标如图示x1x2R13选坐标如图示选坐标如图示 载流螺旋管在其轴上的磁场，磁场方向与电流载流螺旋管在其轴上的磁场，磁场方向与电流满足右手螺旋法则。满足右手螺旋法则。x1x2